(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
適切な幾何学的形状を有する中空部材１０１と、
該中空部材１０１の近位端部に配置されており、該中空部材１０１の幾何学軸ａに対して法線方向に設けられた第１の平坦な表面１０２と、
該中空部材１０１の遠位端部に、該第１の平坦な表面（１０２）に対して傾斜角αで設けられた第２の平坦な表面１０３と、
該第１の平坦な表面１０２に対して封止するように設けられた第１の誘電性部材１０４と、
該第２の平坦な表面１０３に対して封止するように設けられた第２の誘電性部材１０５と、
該第１の誘電性部材１０４と第２の誘電性部材１０５との間に設けられた、封止された中空の空間１０７とを備え、
入射光ビーム１０９が第１の誘電性部材１０４を介して入射し、第２の誘電性部材１０５を介して出射ビーム１１０として出射し、
この出射ビームは、上記中空部材１０１が液体媒体１１３中に浸漬していない場合は偏角を有しないままであり（１１０）、液体媒体１１３中に浸漬している場合は偏角を生じ（１１４）、
上記第１の誘電性部材の替わりに、コリメータレンズ１１５が上記中空部材１０１内に同軸に設けられた、
光ビームの存在下で液体のレベルを検出するための中空プリズム。
【請求項２】
上記中空部材１０１は、不透明または透明であり、また、金属性または非金属性である、請求項１に記載の中空プリズム。
【請求項３】
上記中空部材１０１が円筒状の形状または多角形状を有している、請求項１に記載の中空プリズム。
【請求項４】
上記傾斜角αが１０°〜７０°、好ましくは３０°〜４５°の範囲にある、請求項１に記載の中空プリズム。
【請求項５】
上記第１の誘電性部材および第２の誘電性部材１０４および１０５が透明または半透明である、請求項１に記載の中空プリズム。
【請求項６】
上記第１の誘電性部材および第２の誘電性部材１０４および１０５が、ダイアモンド、サファイア、石英、シリコン、ゲルマニウム、非結晶性融解石英、ホウケイ酸クラウン、ポリメタクリル酸メチル（“ＰＭＭＡ”：  ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリ塩化ビニル（“ＰＶＣ”：  ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）、または、これらの組み合わせで形成された、透明な平板または膜である、請求項１に記載の中空プリズム。
【請求項７】
上記第１の誘電性部材および第２の誘電性部材１０４および１０５の表面が高い光学的精度を有していない、請求項１に記載の中空プリズム。
【請求項８】
上記封止された中空の空間１０７のサイズが製作時に変更可能である、請求項１に記載の中空プリズム。
【請求項９】
上記第１の誘電性部材１０４の替わりに、光ファイバー式伝送器１０８が上記中空部材１０１内に同軸に設けられた、請求項１に記載の中空プリズム。
【請求項１０】
上記第１の誘電性部材１０４の替わりに、コリメータレンズ１１５および光ファイバー式伝送器１０８が上記中空部材１０１内に同軸に設けられた、請求項１に記載の中空プリズム。
【請求項１１】
支持部材１２２と、
該支持部材１２２に接続された保持部材１３６と、
適切な幾何学的形状を有する中空部材１０１を有する中空プリズムと、
該中空部材１０１の近位端部に配置されており、該中空部材１０１の幾何学軸ａに対して法線方向に設けられた第１の平坦な表面１０２と、
該中空部材１０１の遠位端部に、該第１の平坦な表面１０２に対して傾斜角αで設けられた第２の平坦な表面１０３と、
該中空部材１０１内に同軸に設けられたコリメータレンズ１１５と、
該近位端部において中空部材１０１内に同軸に封止された光ファイバー式伝送器１０８と、
該第２の平坦な表面１０３に対して封止するように設けられた誘電性部材１０５ｂと、
該光ファイバー式伝送器１０８と誘電性部材１０５ｂとの間に設けられた、封止された中空の空間１０７とを備え、
該光ファイバー式伝送器１０８からの入射光ビーム１０９が、誘電性部材１０５ｂを介して出射ビーム１１０として出射し、
この出射ビームは、上記中空部材１０１が液体媒体１１３中に浸漬していない場合は偏角を有しないままであり（１１０）、液体媒体１１３中に浸漬している場合は偏角を生じ（１１４）、
さらに、
上記支持部材１２２に搭載された距離調整器１２４と、
この距離調整器１２４の遠位端部に接続され、光ファイバー式伝送器１０８と同軸に配置されて、偏角を有しない光ビーム１１０を受信する光ファイバー式受信器１１２と、
液体が進入するための開口部１３９を有する筐体１３８と、
該光ファイバー式受信器１１２に接続された検出器１４１と、
該検出器１４１に接続されたコントローラ１４２とを備えた、光ファイバー式液体レベル検出器。
【請求項１２】
上記中空部材１０１が不透明、透明、金属性、または、非金属性である、請求項１１に記載の光ファイバー式液体レベル検出器。
【請求項１３】
上記中空部材１０１が円筒状の形状または多角形状を有している、請求項１１に記載の光ファイバー式液体レベル検出器。
【請求項１４】
上記傾斜角αが１０°〜７０°、好ましくは３０°〜４５°の範囲にある、請求項１１に記載の光ファイバー式液体レベル検出器。
【請求項１５】
上記誘電性部材１０５ｂが透明または半透明である、請求項１１に記載の光ファイバー式液体レベル検出器。
【請求項１６】
上記誘電性部材１０５ｂが、ダイアモンド、サファイア、石英、シリコン、ゲルマニウム、非結晶性融解石英、ホウケイ酸クラウン、ポリメタクリル酸メチル（“ＰＭＭＡ”：
ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリ塩化ビニル（“ＰＶＣ”：  ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）、または、これらの組み合わせで形成された、平板または膜である、請求項１１に記載の光ファイバー式液体レベル検出器。
【請求項１７】
上記誘電性部材１０５ｂの表面が高い光学的精度を有していない、請求項１１に記載の光ファイバー式液体レベル検出器。
【請求項１８】
上記封止された中空の空間１０７のサイズが製作時に変更可能である、請求項１１に記載の光ファイバー式液体レベル検出器。
【請求項１９】
上記誘電性部材１０５ｂの替わりに、コリメータレンズ１１５が上記中空部材１０１内に同軸に設けられた、請求項１１に記載の光ファイバー式液体レベル検出器。
【請求項２０】
請求項１１に記載の光ファイバー式のレベル検出器１１７が複数個直列に接続された、光ファイバー式液体レベル検出器。
【請求項２１】
上記中空部材１０１が液体媒体１１３中に浮きとして設けられた、請求項１１に記載の光ファイバー式液体レベル検出器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、液体のレベルを検出するための中空プリズムに関する。本発明は、さらに、本発明の中空プリズムを備えた光ファイバー式液体レベル検出器にも関する。
【０００２】
〔背景技術〕
タンク内の液体のレベルは、外部の読み取り装置に機械的または磁気的に結合された浮き、超音波／光波を利用する装置、電気容量を利用するセンサなどの、多数の方法によって検出可能である。これらの検出方法は、それぞれに長所と短所がある。
【０００３】
液体窒素、液体酸素、液体水素、液体ヘリウムなどの低温流体は、産業、航空・宇宙技術、および、科学研究の分野で広く応用されている。これらの応用分野の大半において、大きな低温タンクを低温液体で満たしたりタンクを空にしたりする際の動的作用についての研究、さらに、このような動作を実行する際に流速が速くてもこれらの流体を定量的に高い信頼性でモニタリングする方法についての研究は、活発な研究分野になっている。特に、各種低温システムの大きなタンクにおいて低温燃料および酸化剤のレベルを測定することは、特に適用分野がセンシングや複雑な測定作業を共同で調整することに関連している場合には、極めて重要性が高い不可欠な作業である。
【０００４】
このようなレベル測定を容易に行うために、複数種類の液体／蒸気（Ｌ−Ｖ）界面センシング法が使用されていた。公知の方法は、Ｌ−Ｖ界面の位置を感知するために、抵抗、電気容量、音響インピーダンス、または、粘性減衰の差を利用していた。これらの方法の中では、電気容量を利用したセンシングシステムだけが、航空宇宙産業における広い応用を視野に入れた多くの注目を集めていた。しかしながら、高いコスト、緩慢なレスポンス、重い重量、および、潜在的に起こり得る“電気スパークの危険性”に関連する要因は、特に航空宇宙産業において燃料タンク内の液体のレベルの検出に使用される場合には、システムの信頼性に対する問題となる。
【０００５】
航空宇宙産業に関連する燃料タンク内のレベルの検出に特有の問題を解決するために、さまざまな光ファイバーシステムが発展してきた。このようなシステムは、従来のレベルセンシング手法に比べると、多くの長所を有する。いくつかの例をあげると、該システムは本質的に電気的にパッシブであって、本来的にスパークを発生させないレベルセンシングを確実に行うことができ、さらに、可動の機械部材が一切不必要である。液体水素および液体酸素に特徴的な爆発性の高い環境下では、このような特徴が、効率を向上しメンテナンスを軽減する、安全な動作の実現に役立つ。さらに、光ファイバーは、銅線と比べると単位体積当たりの重さが１／４倍であって、強度が６倍である。光ファイバーシステムはＥＭＩを発生させたり、ＥＭＩに影響されたりすることもなく、したがって、遮蔽／絶縁をする必要がない。これによって、光ファイバーシステムは電気的に作動する等価物に比べてかなり軽くなる。このような重量削減は、航空宇宙アプリケーションにおいて不可欠である。テレコム産業においてこれらの光ファイバーシステムに対する需要が増加しているので、コスト面の競争力もついてきた。また、これらの装置は反射／屈折の原理に基づいて液体のレベルを感知するので、極めて高速のレベル検出を容易に実施できる。
【０００６】
周知の光ファイバーシステムは、２つの光ファイバーの端部もしくは光ファイバーの円錐状先端部、または、Ｕ字形に湾曲した光ファイバーの端部に取り付けられる小型の全反射プリズムや球面レンズなどの装置を利用して、レベル検出を行う。応用事例によっては、上記装置が数種類の制限事項を有することがある。例えば、上記装置では、反射光の強度が、液体の屈折率とプリズムに使用される物質の屈折率との両方に依存するレベルセンシングの基準となる。後者は周囲の条件にともなって変化するので、上記装置は、とりわけ低温液体のレベルを測定するために使用する場合には、それぞれの動作圧力および動作温度において、一台ずつ較正することが必要である。また、これらの装置は１８０°の偏角で動作するように設計されることが多い。こうすることによって、ある意味で、センシング装置が比較的大きな“体積”を有することにつながる。
【０００７】
上記センシング装置の製作には、少なくとも３つ以上の表面に対して光学的な仕上げを高い表面精度で施すことと、プリズムの精密な角度を維持することとが必要である。さらに、導光装置に対するセンシング装置の相対的な位置は、変化しないように固定され、直鎖運動または角運動について一切の自由度が許されていない。
【０００８】
米国特許第６８０１６７８号明細書には、液体センサに基づくフレネル反射を用いた光ファイバー式レベル検出器が開示されている。この検出器では、透過光の一部が反射されて、屈折率が変わるインターフェースとなる境界面に向かって戻る。また、反射光の強度は周囲条件下のファイバーおよび液体の屈折率に依存する。
【０００９】
中実プリズムの屈折特性では、光ビームが偏角を発生させずに透過することはできない。出射光ビームは、たとえプリズムが空気中にあっても液体中に浸漬していても、入射光ビームに対して常に偏角を有している。さらに、液体中に浸漬している場合には、上記プリズムにおける偏角の大きさは、液体媒体の屈折率、さらに、プリズムの製作に使用される物質の屈折率にも依存する。この２つの要素によって、レベル測定の対象となる液体が交換されたとき、または、レベル検出器の動作条件が動的に変化したときには、中実プリズムを利用した光ファイバー式レベル検出器において再較正および再配置を実施することが必要になる。
【００１０】
〔本発明の目的〕
本発明の主な目的は、液体のレベルを検出するための中空プリズムを提供することである。
【００１１】
本発明の目的の１つは、光源からの光ビームの存在下では、周囲に依存する特徴的な屈折作用を示す、液体のレベルを検出するための中空プリズムを提供することである。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、空気で満たされたまたは真空の、気密性を有するプリズムとして作用する中空の空間を有する、液体のレベルを検出するための中空プリズムを提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、レベル検出プロセスが中空プリズムの製作に使用される光学物質の屈折率から独立している、液体のレベルを検出するための中空プリズムを提供することである。
【００１４】
本発明のさらにもう１つの目的は、中空プリズムのレベルセンシング領域に存在する光学物質の体積を削減できる、液体のレベルを検出するための中空プリズムを提供することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、液体の圧力や温度などの周囲条件の変化が中空プリズムの屈折作用に影響しない、液体のレベルを検出するための中空プリズムを提供することである。
【００１６】
本発明のさらにもう１つの目的は、中空プリズムが液体媒体中に浸漬していない場合には、出射光ビームが入射光ビームの方向に対して偏角を有していない、液体のレベルを検出するための中空プリズムを提供することである。
【００１７】
本発明のさらにもう１つの目的は、中空プリズムが液体媒体中に浸漬している場合には、出射光ビームが入射光ビームの方向に対して偏角を有している、液体のレベルを検出するための中空プリズムを提供することである。
【００１８】
本発明のさらにもう１つの目的は、３つの基準軸方向の直鎖運動については３つの自由度を有し、ｚ軸を中心とする回転運動については１つの自由度を有する、液体のレベルを検出するための中空プリズムを提供することである。
【００１９】
さらに、液体媒体中で浮きとして作用することができる、液体のレベルを検出するための中空プリズムを提供することも本発明の目的である。
【００２０】
さらにもう１つの本発明の目的は、本発明の液体のレベルを検出するための中空プリズムを備えた、光ファイバー式液体レベル検出器を提供することである。
【００２１】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本発明の中空プリズムの等角投影図である。
【００２２】
図２は、本発明の中空プリズムの正面図および断面図である。
【００２３】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、液体媒体中に設置されていない場合の偏角を有しない光ビームの出射、および、液体媒体中に浸漬されている場合の偏角を有する光ビームの出射を示す、本発明の中空プリズムの概念図である。図３（ｃ）は、中空プリズムのｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸方向の直鎖運動ならびにｚ軸を中心とする回転運動について、可能な自由度を示す。
【００２４】
図４は、３０°、４５°、および、６０°の特定の各プリズム角について、出射光ビームの偏角を液体の屈折率に対してプロットして得られたグラフである。
【００２５】
図５は、中空プリズムを、一体化されたコリメータレンズとともに示す正面図および断面図である。
【００２６】
図６は、本発明の中空プリズムを、一体化された光ファイバー式伝送器とともに示す正面図および断面図である。
【００２７】
図７は、中空プリズムを、一体化された光ファイバー式伝送器およびコリメータレンズとともに示す正面図および断面図である。
【００２８】
図８は、タンク内の固定位置に保持された中空プリズムを備えた、本発明の光ファイバー式液体レベル検出器の概略図である。
【００２９】
図９は、本発明の光ファイバー式液体レベル検出器を、コリメータレンズを備えていない中空プリズムとともに示す正面図および断面図である。
【００３０】
図１０は、本発明の光ファイバー式液体レベル検出器を、中空プリズムおよびコリメータレンズとともに示す正面図および断面図である。
【００３１】
図１１は、筐体内に収納された、本発明の光ファイバー式液体レベル検出器の、一体化した図である。
【００３２】
図１２は、本発明の６つの光ファイバー式液体レベル検出器のアレイを示している。
【００３３】
図１３は、コントローラに接続された、本発明の光ファイバー式液体レベル検出器のブロック図である。
【００３４】
図１４は、コントローラに接続された、本発明の６つの光ファイバー式液体レベル検出器のアレイのブロック図である。
【００３５】
〔発明の概要〕
本発明は、誘電性部材で封止された中空部材を備えた、光源からの光ビームによって液体のレベルを検出するための中空プリズムを提供する。この誘電性部材は一方が他方に対してある傾斜角をもって配置され、該誘電性部材間に気密性を有する中空の空間を形成する。光ビームが出射する中空プリズムの表面が空気中にあるのか、または、液体中に浸漬しているのかに応じて、該中空プリズムから出射する光ビームは、それぞれ、中空プリズムに入射する光ビームの方向に対して偏角を有しないままであるか、または、偏角を生じるかのいずれかである。本発明は、さらに、本発明の中空プリズムを備えた、液体のレベルを検出するための光ファイバー式液体レベル検出器をも提供する。
【００３６】
〔発明の説明〕
本発明は、中空プリズムを照らすために光源を用いる、液体のレベルを検出するための、特徴的な屈折作用を示す中空プリズムを提供する。本発明の中空プリズムは、一方の端部が軸に対して法線方向に切られ、もう一方の端部が先の端部に対して大きな角度で切られた中空部材を備えている。この円筒の各端部は、試験用液体に対する気密性を付与するために１対の透明または半透明の薄い誘電性部材で封止された場合、上記中空円筒の内側にプリズムとして作用する中空の空間を隔離形成する。本発明では、こうすることによって中空プリズムを構成する。この中空プリズムは、外部から中空部材に法線方向に入射する光ビームの方向と、中空部材の軸にそって中空部材を伝播した後に中空部材から出射する際の該光ビームの方向と、の間の特徴的な関係を強調する、屈折作用を示す。中空プリズムから出射する光ビームは、中空プリズムの出射面が空気中にあるのか、または、液体中に浸漬しているのかに応じて、それぞれ、入射光ビームに対して偏角を有しないままであるか、または、偏角を生じるかのいずれかである。光ビームの方向の変化は、上記中空プリズムの近傍における「気体から液体へ」の変化、または、この逆の変化に起因し、中空プリズムから出射する光ビームを光ファイバー式受信器で収光すれば、高い効率および解像度で容易に判別可能である。本発明における光ファイバー式受信器は方向フィルタとして使用される。
【００３７】
したがって、本発明は、中空プリズムが液体の外に保持された場合には、中空プリズムの短辺のうちの１つを介して中空プリズムに入射する光ビームが中空プリズムの長辺に対して“偏角しないで”出射するという、屈折作用を示す中空プリズムを提供する。換言すれば、液体中に浸漬すると、中空プリズムから出射する光ビームは出射方向において偏角を生じる。偏角の大きさは、液体の屈折率に依存し、さらにプリズムの角度にも依存するが、プリズム装置を製作するために使用される物質からは独立している。
【００３８】
したがって、本発明の中空プリズムにおいてレベル検出のために採用される原理は、中空プリズムの周囲の環境が気体から液体へ、また、液体から気体へ変化する際に、光源からの照明下において中空プリズムの屈折作用に発生する変化である。
【００３９】
次に添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について記載する。図１および図２は、中空プリズムの等角投影図、正面図、および、断面図を示す。中空プリズムは、以下の記載において詳述するように、この中空プリズム用の筐体として作用する中空部材１０１を備えている。中空部材１０１の幾何学的形状は、円筒状の対称性を有するように構成されている。中空部材１０１の終端部は、入射光ビームが中空部材１０１に入射する位置を基準にして規定される、近位端部および遠位端部をそれぞれ構成する。本発明では、実施形態の一例として、中空部材１０１の幾何学的形状または構成を、円筒状の対称性を有するものとして示している。ただし、中空部材１０１に対して他の適切な形状または構成（例えば多角形状の構成）を用いることは、本発明の範囲内である。中空部材１０１は、レベル検出の対象となる液体と相溶性を有する、不透明または透明な、金属性または非金属性の物質で形成されている。相溶性は、中空部材１０１の選択された物質が持つ、使用される液体に対する化学的および機械的強度／耐性、さらに温度や圧力条件に基づいても推測される。以下の記載において詳述するように、液体のレベルセンシング時に中空部材１０１の運動を停止させるために、平らな表面１０６が中空部材１０１の表面上に設けられる。
【００４０】
中空部材１０１の近位端部は第１の平坦な表面１０２を有し、この平坦な表面１０２は円筒状の中空部材の幾何学軸ａに対して法線方向を向いている。この表面に開口部を設ければ、光源からの光ビームが中空部材１０１に入射しやすくなる。
【００４１】
中空部材１０１の遠位端部も第２の平坦な表面１０３を有している。この第２の平坦な表面１０３は、第１の平坦な表面１０２に対して傾斜角αで傾斜するように構成される。傾きαの値は、中空プリズムの設計変数（例えば、特定の屈折率を有する液体の場合に要求される光ビームの偏角の程度）に基づいて選択される。傾きαは広い範囲のプリズム角から選択され、液体レベル測定の対象となる液体の屈折率に依存する。したがって、傾斜角αは、例えば１０°〜７０°、好ましくは３０°〜４５°の範囲の角度に設定すればよい。
【００４２】
誘電性部材１０４が、気密性を有して封止するように、中空部材１０１の第１の平坦な表面１０２に設けられる。中空部材１０１が検出時に液体中に浸漬するときには必ず、この封止構成によって、液体が、第１の誘電性部材１０４と第１の平坦な表面１０２との間の接合部を通って中空部材１０１に入ることが防止される。同様に、第２の誘電性部材１０５が、第２の平坦な表面１０３に対して気密性を有して封止するように、第２の平坦な表面１０３に設けられる。
【００４３】
第１の誘電性部材および第２の誘電性部材１０４および１０５のこの構成によって、第２の平坦な表面１０３上に配置された第２の誘電性部材１０５が、第１の誘電性部材１０４に対して所望の傾斜角αで設置されることが保証される。
【００４４】
第１の誘電性部材および第２の誘電性部材１０４および１０５は、ダイアモンド、サファイア、石英、シリコン、ゲルマニウム、非結晶性融解石英、ホウケイ酸クラウン、ポリメタクリル酸メチル（“ＰＭＭＡ”：  ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリ塩化ビニル（“ＰＶＣ”：  ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ）、または、これらの組み合わせで形成された、透明または半透明な平板または膜である。第１の誘電性部材および第２の誘電性部材１０４および１０５を構成する物質は、照射される光ビームに対して透過性を有し、誘電性を示す任意の物質から選択されてもよい。
【００４５】
第２の誘電性部材１０５の厚さは、動作温度、圧力、および、誘電性部材１０５に対する液体の反応性などの、液体レベルのセンシングの動作条件下における機械的強度要件に基づいて決定される。第２の誘電性部材１０５の厚さは適宜変更可能であり、１００μｍ〜１ｍｍの範囲である。ただし、ここでは、この厚さは限定ではなく、任意の適切な厚さを有する誘電性部材１０４および１０５を本発明において使用してかまわず、また、厚さを削減した誘電性部材とともに本発明の中空プリズムを使用して液体レベルのセンシングを実施してもかまわないことは理解されるであろう。
【００４６】
本発明では、第１の誘電性部材および第２の誘電性部材１０４および１０５の表面は、表面を通過する光ビームに対して表面を透明にするために研磨加工される。ただし、第１の誘電性部材および第２の誘電性部材１０４および１０５の表面に対して、高い表面精度を実現するために光学的な仕上げを施す必要はない。
【００４７】
誘電性部材１０４および１０５は、第１の平坦な表面および第２の平坦な表面１０２および１０３に対して封止するように設けられると、気密性を有するプリズムとして作用する中空の空間１０７を誘電性部材１０４と１０５との間に隔離形成する。
【００４８】
封止された中空の空間１０７が常温常圧の空気で満たされれば、あるいは、真空になるまで排気されれば、中空プリズムの特性は保存される。レベル検出を実施するために中空部材１０１を液体媒体１１３内に浸漬する際に、液体が封止された中空の空間１０７に入らないことが保証される。
【００４９】
図３は、中空部材１０１の内側において、第１の誘電性部材１０４と第２の誘電性部材１０５との間に隔離形成された、中空の空間１０７の概念図である。中空プリズムの第１の誘電性部材１０４は、選択された光源からの入射光ビーム１０９が中空プリズムに法線方向に入射する中空プリズムの短辺に対応する。また、第２の誘電性部材１０５は、上記出射光ビーム１１０が１０５に入射角αで入射する中空プリズムの長辺に対応する。
【００５０】
したがって、第１の誘電性部材および第２の誘電性部材１０４および１０５の内側の面と、封止された中空の空間１０７とが、具体的には、本発明の中空プリズムまたはプリズム装置に対応する。
【００５１】
本発明では、実施形態の一例として、中空部材１０１の幾何学的形状を、円筒状であるとして示している。ただし、第１の誘電性部材１０４を有する中空部材１０１が、選択された光源からの入射光ビーム１０９の入射を許容するように短辺として設置され、第２の誘電性部材１０５が、対応する出射光ビーム１１０を出射させるための長辺として設置され、さらに、第２の誘電性部材１０５が、第１の誘電性部材１０４に対してある傾斜角で配置される限り、中空部材１０１の形状は変化してかまわない。
【００５２】
本発明では、封止された中空の空間１０７のサイズおよび容積は、動作効率を変化させないので、中空部材１０１の製作時の要件に応じて変更することができる。したがって、封止された中空の空間１０７は、空気で満たされたまたは真空の、気密性を有するプリズムとして作用する中空の空間を形成する。レベルセンシング領域内に存在する光学物質の体積は、必要があれば、マイクロリットル程度にまで削減可能である。
【００５３】
図３（ａ）は、光源からの光ビーム１０９の入射を示す本発明の中空プリズムの概念図である。図３に示すように、中空プリズムは、上記中空プリズムの短辺および長辺をそれぞれ形成する第１の誘電性部材および第２の誘電性部材１０４および１０５を、気密性を有する封止された中空の空間１０７とともに備えている。光ファイバー式伝送器１０８はマルチモード光ファイバーであり、光源からの単色の入射光ビーム１０９を伝送する。光ビームの伝送および受信には、５０／１２５μｍのマルチモード型シリコンガラスファイバーが使用される。互換性を有する他の光ファイバー素材（ポリマー、石英、サファイアなど）も、単一モードで動作するものであってもよく、あるいは、マルチモードで動作するものであってもよく、レベルセンシングに使用される液体の特性に応じて、適宜使用してかまわない。光源は、例えばレーザ、もしくは発光ダイオード、または可視光域から赤外線域の任意の光源であればよい。本発明では、５ｍＷ、６３３ｎｍの波長を有するレーザダイオードを、光ファイバー式伝送器１０８を通して中空プリズムの入力光源として使用する。上記光ビームは平行ビームである。つまり、光ビームは、マルチモードファイバーから出射すると必ず、適切なレンズを使用することによって過剰に発散する。コアサイズが５０μｍである光ファイバー式受信器１１２が、図３に示すように、光ファイバー式伝送器１０８と同軸になるように配置される。光ファイバー式受信器１１２は方向フィルタとして機能する。ここで、光ファイバー式受信器１１２のコアサイズを適宜変化させてもよいことがわかる。
【００５４】
入射光ビーム１０９が、液体１１３の非存在下で中空プリズムを通って同軸に伝播し、偏角を有しない光ビーム１１０として出射する場合には必ず、光ファイバー式伝送器および光ファイバー式受信器１０８および１１２を同軸に配置したことによって、光ファイバー式受信器１１２が光ファイバー式伝送器１０８から出射する入射光ビーム１０９を受信しやすくなる。
【００５５】
第２の誘電性部材１０５の出射面１０５ａの臨界点と、光ファイバー式受信器１１２の受信面１１１の臨界点との間の空間的な離間距離ｄは、中空プリズムを使用してレベル検出を実施する対象となる液体の最小屈折率に基づいて決定される。以下の記載では、空間的な離間距離ｄの決定について説明する。
【００５６】
光検出器１４１が、以下の記載において詳述するように、光ファイバー式受信器１１２およびコントローラ１４２に接続される。このコントローラ１４２は、それぞれ気相または液相に対する中空プリズムの曝露に応じたＯＮ／ＯＦＦ型の信号を送信する。
【００５７】
図３（ｂ）は液体媒体１１３中に浸漬している中空プリズムの概念図であって、光源からの入射光ビーム１０９が中空プリズムによって伝送される様態を示している。中空プリズムは、図３（ｂ）に示すように、上記中空プリズムの短辺および長辺をそれぞれ形成する第１の誘電性部材および第２の誘電性部材１０４および１０５を、気密性を有する封止された中空の空間１０７とともに備えている。光ファイバー式伝送器１０８は、単色の入射光ビーム１０９を中空プリズムまで伝送する。受信面１１１に臨界点を有する光ファイバー式受信器１１２は、中空プリズムの出射面の臨界点１０５ａから距離ｄのところに設置され、光ファイバー式伝送器１０８と同軸に位置している。光ファイバー式伝送器および光ファイバー式受信器１０８および１１２を同軸に配置したことによって、中空プリズムの点１０５ａから出射する光ビームを、偏角を有する出射光ビーム１１４として受信できないことが検出しやすくなる。
【００５８】
コントローラ１４２は、以下の記載において詳述するように、光ファイバー式受信器１１２の離れた方の端部に接続されている。コントローラ１４２は、光検出器１４１の出力状態の変化を検出し、中空プリズムから出射する光ビームが偏角していない１１０か、または、偏角している１１４かを評価する。コントローラ１４２は、これに対応して、中空プリズムが空気中にあるのか、または、レベルが変化している液体中にあるのかどうかを示唆する表示を駆動する。
【００５９】
本発明の中空プリズムの屈折作用とは、中空プリズムが図３（ａ）に示すように液体媒体の外に保持された場合には、中空プリズムの短辺のうちの１つを介して中空プリズムに入射する光ビームが、中空プリズムの長辺に対して“偏角しないで”出射することである。液体中に浸漬すると、図３（ｂ）に示すように、中空プリズムから出射する光ビームは出射方向において偏角を生じる。
【００６０】
図３（ｃ）には、中空プリズムの、センサの基準軸方向の運動および該基準軸を中心とする運動の可能な自由度を示している。上記中空プリズムは、ｚ軸を中心とする回転運動について１つの可能な自由度を有し、基準座標系のｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸方向の直鎖変位について３つの可能な自由度を有する。これは、光ファイバー用導管間の距離を固定し、かつ、中空プリズムの出射面の臨界点に対する最初の関係を固定できるように、本発明の中空プリズムを光ファイバー用導管にしっかりと接続する必要がないことを暗に示している。上記中空プリズムの動作は、たとえ中空部材１０１が液体のレベルについて浮きとして運動することを許したところで、変化しないままである。このような構成を用いて液体のレベルを測定するためには、この浮きを、使いやすい機構を用いて任意の位置で停止させる必要がある。したがって、中空プリズムは、液体のレベルについて浮きとして自由に直鎖状の運動をすることができ、さらに、液体のレベルを測定する必要がある位置で停止する。
【００６１】
上記選択された液体１１３は低温液体であっても、低温液体ではなくてもよい。本発明において使用可能な液体としては、水、乳、液体推進燃料、液体水素、液体酸素、液体窒素、有毒な流体、アルコール、油、ケロシン、石油から得られる生成物（屈折率が１．１〜１．７のもの）などの、異なる屈折率を有するさまざまな液体があげられるが、これらの例に限定されるものではない。
【００６２】
中空プリズムが液体中に浸漬している場合の光ビームの偏角の大きさは液体媒体１１３の屈折率に依存するが、上記プリズム装置の製作に使用される物質からは独立している。したがって、本発明の中空プリズムは、上記選択された液体１１３の屈折率にのみ依存するのであって、（特に低温液体の環境では）動的に変化する液体のその他の条件（温度や圧力など）には依存しない。換言すれば、本発明の中空プリズムの屈折作用は、温度および圧力という周囲条件に対しては感度が低いのである。この特性は、試験用液体の圧力や温度などの周囲条件がレベル検出時に動的な変化を経ても、光ファイバー式受信器１１２を再配置する必要がないという、中空プリズムを用いたレベルセンシングの特定の効果を反映し引き起こす。
【００６３】
図４は、媒体１１３の屈折率が１〜１．７の範囲にある場合に、ビーム１１４の偏角の変化をプロットしたグラフである。同図はこの関係に対するプリズム角の影響も示している。典型的な実施形態として、１．１、１．１９５、および、１．３３の屈折率をそれぞれ有する液体水素、液体窒素、および、水が媒体１１３である場合の、予想される偏角の推定値について次に記載する。α＝３０°であって、媒体１１３が液体水素であって、本発明の光ファイバー式レベル検出器１１７（図８に図示）を用いて検出した場合には、偏角を有する光ビーム１１４には、図３に示すように、２．５°の偏角が生じる。一方で、液体窒素および水のレベルを検出する場合、同じビームにはそれぞれ５°および７．５°の偏角が生じる。傾斜角を増加させると、対応する偏角も、大きさにおいて対応する増加を示す。このような偏角の推定値が分かれば、出射面１０５ａの臨界点と、光ファイバー式液体レベル検出器１１７の受信面１１１の臨界点との間の空間距離ｄを固定する際に役立つ。したがって、以下の記載において詳述するように、液体の屈折率が距離ｄによって固定される臨界値より大きい場合、本発明の光ファイバー式レベルセンサ１１７を使用してさまざまな屈折率を有する各種液体のレベルを検出することができる。
【００６４】
上記空間的離間距離ｄは、屈折率が１．１以上のすべての液体においてレベル検出を実行できるように設計することができ、このとき、角度α＝３０°であれば２．５°以上という低い偏角を発生させる。例えば、屈折率が１．１であり、（α＝３０°のときに）２．５°の偏角が生じる液体水素の場合、受信面１１１の臨界点における水平偏角の設計値が５ｍｍであれば、ｔａｎ（２．５°）は５／ｄに等しい、つまり、ｄ×ｔａｎ（２．５°）＝５であって、これからｄ（単位ｍｍ）が算出される。
【００６５】
したがって、中空プリズムが液体中に浸漬している場合に、中空プリズムによって生じる光ビームの偏角の大きさは、測定中の選択された液体１１３の屈折率、および、プリズムの適切な角度だけによってすべて決まる。
【００６６】
図５は、中空部材１０１の正面図および断面図である。本実施形態では、上記誘電性部材１０４を、円筒状幾何学的形状を有するコリメータレンズ１１５と置き換える。中空部材１０１の内径とコリメータレンズ１１５の外径とは、精密許容差に収まるように互いに合わせてある。コリメータレンズ１１５は、レンズの底部側の平坦な端部が表面１０２と同一平面を形成するように、中空部材１０１の内側に同軸に配置される。コリメータレンズの壁部と中空部材１０１の内側の面との間の空間が、光が漏れないようにぴったりと封止されている場合、気密性を有するプリズムとして作用する空間が、コリメータレンズの最上部の平坦な表面１１６と誘電性部材１０５との間に隔離形成される。この空間が本実施形態において中空プリズムを構成する。本実施形態では、該中空プリズムは、光ファイバー式伝送器１０８から出射する光ビームの発散における小さな変化に対しては許容性を有する。
【００６７】
図６は、本発明の中空プリズムの別の一実施形態の正面図および断面図である。この中空プリズムは、図６に示すように、中空部材１０１の近位端部で光ファイバー式伝送器１０８と直接一体化されている。光ファイバー式伝送器１０８の自由端部には、フェルール１０８ａおよび金属キャップ１０８ｂ（どちらも円筒形状を有する）が設けられている。フェルール１０８ａの外径と中空部材１０１の内径とは、精密許容差に収まるように互いに合わせてある。フェルール１０８ａは中空部材１０１と同軸に配置され、中空部材１０１の近位端部の近くで封止されて気密性を有している。本発明のフェルール１０８ａはセラミック素材で形成されているが、他の任意の適切な物質をフェルールまたはキャップとして使用してもかまわない。本実施形態では、最上部の面が第１の平坦な表面１０２ａを形成する光ファイバー式伝送器１０８が、第１の誘電性部材１０４の替わりに配置され、中空プリズムの短辺として作用する。また、傾斜角を有する第２の誘電性部材１０５が、光ビームが中空プリズムから出射する中空プリズムの長辺として作用する。換言すれば、中空の空間１０７は、光ファイバー式伝送器１０２ａの最上部の平坦な表面と誘電性部材１０５ｂとの間に隔離形成される。本実施形態では、光ファイバー式伝送器１０８は単一モードのファイバーを用いて形成されている。このようなファイバーは、上記距離ｄにわたってほぼ一方向性を維持する光ビームを出力するので、別途コリメータレンズを設けて動作を効率化する必要がない。
【００６８】
図７は、本発明の中空プリズムの別の一実施形態の正面図および断面図である。本実施形態では、中空の空間内に、別のコリメータレンズ１１５を、光ファイバー式伝送器１０８の光ファイバー式伝送器１０２ａの最上部の平坦な表面と誘電性部材１０５ｂとの間に挟みこむように同軸に設ける。光ファイバー式伝送器１０８はセラミック製のフェルール１０８ａ内に設けられ、中空部材１０１の近位端部の開口部を介して設置されている。光ファイバー式伝送器１０８は、中空部材１０１の近位端部に対して気密性を有して封止するように設けられている。本発明の別の一実施形態では、コリメータレンズ１１５が光ファイバー式伝送器１０８と誘電性部材１０５ｂとの間に配置され、光ファイバー式伝送器１０８からの光ビームを平行化する。このとき、コリメータレンズ１１５の最上部の表面１１６は、第１の誘電性部材１０４の替わりに中空プリズムの短辺として作用する。また、誘電性部材１０５ｂは、光ビームが出射する中空プリズムの長辺として作用する。本発明で使用するコリメータレンズ１１５は、焦点距離が固定された円筒形状のレンズ、または、長さが６ｍｍ、直径が２ｍｍ、焦点距離が２ｍｍの屈折率分布型レンズである。ただし、ここでは、ここに提供するコリメータレンズ１１５の各種仕様は本質的に例示に過ぎないのであって、限定を加えるものではない。
【００６９】
本発明は、さらに、光源１２０の存在下で液体のレベルを検出するための中空プリズムを備えた光ファイバー式液体レベル検出器をも提供する。次に、図８〜図１４を参照しながら、この検出器について記載する。液体レベル検出器１１７は本発明の中空プリズムを備え、１１９として示された表面レベルを有する所望の液体１１３で満たされて封止されたタンクまたは容器１１８内に配置される。この液体１１３について、液体のレベルを検出する。
【００７０】
タンク１１８は蓋１２１で封止されている。光源１２０は、液体レベル検出器１１７の中空プリズムのために、光ビームを、光ファイバー式伝送器１０８を介して伝送するために接続されている。光ファイバー式受信器１１２は、光ファイバー式受信器１１２からの光ビームが存在するか、または、存在しないかを検出するために、光検出器１４１を介してコントローラ１４２に接続されている。光ファイバー式受信器１１２は、液体が存在しない場合には偏角を有しない光ビームを受信するように構成され、液体が存在する場合には偏角した出射ビームを受信しない。光ファイバー式受信器１１２は、ＯＮ／ＯＦＦ式の電圧信号または電流信号を生成して、中空プリズムがそれぞれ気体環境または液体環境のいずれの中にあるのかを示唆し、任意の液体の注入動作／排出動作時に遠隔から調整および制御することを容易にするために、光検出器１４１に結合される。本発明の液体レベル検出器を用いてレベル検出システムを構成し、測定中の柱状液体のある高さに限って、レベルを連続的にモニターすることも可能である。
【００７１】
図９は、支持部材１２２を備えた液体レベル検出器１１７の正面図および断面図である。この支持部材１２２は、液体レベル検出器１１７の他の関連部分を支持する、棒または梁状の構造物である。１対の開口部１２６および１２７を有する光ファイバー式伝送器用ホルダ１２５は、開口部１２６を介して支持部材１２２に接続されている。光ファイバー式伝送器１０８は、光ファイバー式伝送器用ホルダ１２５の開口部１２７を貫通するように配置され、こうすることによって、ｘｙ平面上における光ファイバー式伝送器１０８の並進運動を効果的に停止させる。固定具１２９は１対の開口部１２６ａおよび１２７ａを有し、開口部１２６ａを介して支持部材１２２に接続されている。この固定具は、開口部１２７ａを介して光ファイバー式伝送器１０８にも接続されている。固定具１２９は、光ファイバー式伝送器１０８のｚ軸方向における並進運動を効果的に停止させる。支持部材１２２に取り付けられたスペーサ部材１２８は、固定具１２９を光ファイバー式伝送器用ホルダ１２５に対して平行に保持することを補助する。固定具１３１は１対の開口部１２６ｂおよび１２７ｂを有し、開口部１２６ｂを介して支持部材１２２に接続され、開口部１２７ｂを介して中空部材１０１に接続されている。支持部材１２２に取り付けられたスペーサ部材１３０は、固定具１３１を固定具１２９に対して平行に保持することを補助する。留め具１３２を使用して、中空部材１０１および上記各接続部材をしっかりと支持部材１２２に接続する。中空部材１０１の回転運動を停止させるために、平らな部分１０６が中空部材１０１の表面に設けられる。
【００７２】
なお、図９に示す中空部材１０１はコリメータレンズ１１５を備えていない。
【００７３】
近位端部および遠位端部を有する距離調整器１２４を、支持部材１２２に搭載する。距離調整器１２４は、可変長を有するスリーブまたはスペーサである。固定具１３３は光ファイバー式受信器用ホルダであって、１対の開口部１２６ｃおよび１２７ｃを有し、開口部１２６ｃを介して支持部材１２２に接続されている。光ファイバー式受信器１１２は、開口部１２７ｃを貫通するように固定具１３３に構成される。固定具１３３は、さらに、距離調整器１２４の遠位端部に載るように構成される。固定具１３３は、光ファイバー式受信器１１２を光ファイバー式伝送器１０８と同軸に保持するだけではなく、さらに、光ファイバー式受信器１１２がｘｙ平面上でいかなる並進運動を起こすことをも防止する。距離調整器１２４は、第２の誘電性部材１０５の出射面１０５ａの臨界点と光ファイバー式受信器１１２の受信面１１１の臨界点との間の距離ｄを固定するように構成されたスペーサである。
【００７４】
１対の開口部１２６ｄおよび１２７ｄを有する固定具１３５は、開口部１２６ｄを介して支持部材１２２に接続され、開口部１２７ｄを介して光ファイバー式受信器１１２に接続されている。固定具１３５は、光ファイバー式受信器のｚ軸方向における並進運動を停止させるために使用される。支持部材１２２に搭載されたスペーサ１３４は、固定具１３３および１３５を互いに対して平行に保持することを補助する。留め具部材１２３が固定具１３３および１３５を留めるために使用される。光ファイバー式受信器１１２は、光検出器１４１を介してコントローラ１４２に接続されている。コントローラ１４２は、光検出器１４１によって検出された信号を処理し、液体のレベル検出時に光検出器１４１において光ビームが存在するか存在しないかを決定する。
【００７５】
保持部材１３６は、固定具１３７を介して支持部材１２２に接続されて繋留として作用し、液体レベル検出器１１７をタンク１１８内に吊り下げるために使用される。
【００７６】
図１０は、図８に示す液体レベル検出器１１７の正面図および断面図であって、液体レベル検出器の中空部材１０１はコリメータレンズ１１５を備えている。その他のすべての態様において、本構造は図９に示す構造と同様である。
【００７７】
図１１は、液体のレベル検出時に液体が筐体１３８内へ流れることができるように開口部１３９を有する、筐体１３８に収納された液体レベル検出器１１７の、一体化した図である。
【００７８】
図１２は、それぞれ１１７と同一構造であって、液体１１３を収めたタンク内の複数の空間的な位置に直列に設置された、タンク１１８内の対応する複数の位置において液体のレベルを検出するための、６つの光ファイバー式液体レベル検出器のアレイを示している。タンク１１８の任意の部分においても異なる空間的解像度で、液体のレベルを検出するために、このような光ファイバー式液体レベル検出器１１７の多数のアレイを配置してもよい。
【００７９】
次に、図１３および図１４を参照しながら、本発明の光ファイバー式液体レベル検出器を使用する、液体のレベルを検出する方法について説明する。
【００８０】
タンク１１８が選択された液体で満たされた状態で、また、空にした状態で、本方法について説明する。
【００８１】
図１３は、光検出器１４１およびコントローラ１４２に接続された、本発明の光ファイバー式液体レベル検出器のブロック図である。
【００８２】
タンク１１８を所望の液体で満たす過程においてタンク１１８内の液体のレベルを検出するために、上記光ファイバー式液体レベル検出器が、タンク１１８内で液体を満たす上限となる所望の位置に配置される。液体がタンク１１８に注入される。光源１２０が駆動されて、対応する光ビーム１０９が液体レベル検出器１１７を通過するように導かれる。さらに、液体が出射面１０５ａの臨界点に到達しない限り、偏角を有しない光ビーム１１０が光ファイバー式受信器１１２によって収光される。光検出器１４１は光ファイバー式受信器１１２からの光ビームを感知し、電圧または電流の形態の電気信号をコントローラ１４２の信号処理モジュールに送信する。１ミリ秒以下の応答時間を有する、任意の半導通性のダイオード系の光検出器が使用可能である。コントローラは、信号処理装置および入力／出力装置を有する、標準的な市販の比例積分および微分（“ＰＩＤ”：  Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ，  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）コントローラである。ＰＩＤコントローラは、光検出器１４１からの入力信号のステータスを、信号処理装置を介して読み取り、ポンプやバルブなどの最終的な制御装置を、事前に設定された論理に基づいて出力装置を介して駆動して、注入／排出の順番を調整する。液体が出射面１０５ａの臨界点に到達すると、光ビームには偏角が生じ、対応する信号の欠如、つまり、光検出器１４１において光が検出されないことがコントローラ１４２に伝達され、こうすることによって所望のレベルにおいて液体が存在することが示唆される。この信号は電圧比較器／閾値検出器に供給されて、タンク内の液体のレベルが確認される。そして、電圧または電流のアナログ値がコントローラ１４２によって評価されて、液体１１３のレベルが示唆される。図１２および図１４に示すように、光ファイバー式液体レベル検出器１１７のアレイをカップラ１４０とともに使用することによって、この動作を複数のレベルまでの液体注入に対して実施することもできる。本発明で使用されるカップラは、１つのファイバーから光が導かれてＮ本の等しい強度のビームに分割され、その各ビームがＮ個の別々のファイバーに導かれるタイプのカップラである。ビームの総本数Ｎは、アレイ内において使用される光ファイバー式検出器の個数に等しい。本発明では、典型的な実施形態として、単一のビームを分割して６本のビームを生成するカップラが、上記６つの光ファイバー式レベル検出器を独立して取り扱うために使用される。なお、単一のビームを分割するために必要に応じて多数のカップラを使用することは、本発明の範囲内である。
【００８３】
同様にして、液体のレベルが本発明の光ファイバー式液体レベル検出器１１７の出射面１０５ａの臨界点より下にまで下がると、タンク１１８内の液体のレベルが空状態にあると判定される。
【００８４】
〔発明の効果〕
１．本発明の中空プリズムを用いれば、レベル検出プロセスは液体の屈折率だけに依存し、低温液体環境において動的に変化する、液体のその他の条件（温度や圧力など）には依存しない。
【００８５】
２．本発明の中空プリズムは、構造が単純であり、動作が安定し、理解して操作するために特殊な技能を必要とせず、大量生産が容易であり、産業的可能性があり、しかも、高精度の光学面を必要としない。
【００８６】
３．本発明の光ファイバー式液体レベル検出器の再較正は、試験用液体に変化が生じたときでも、省略できる。
【００８７】
４．本発明の中空プリズムは、中空プリズムの光学的体積を削減することによって、小型化可能である。
【００８８】
５．本発明の中空プリズムは、ｘｙ平面上の直鎖運動について３つの自由度を許容し、ｚ軸を中心とした回転について１つの自由度を許容し、浮きとして使用され、液体のレベルを検出したい所望の位置において停止させることができる。
【００８９】
６．本発明の中空プリズムは、１０ｂａｒという高い圧力でも、液体ヘリウムの低い温度でも動作する。
【００９０】
７．本発明の液体レベル検出器の中空プリズムの向きは、１８０°変化させることができる。
【００９１】
８．本発明の光ファイバー式液体レベル検出器は、注入動作時の液体のレベル検出において、排水動作時と同一の応答時間を示す。また、検出が光の速さで行われるので、応答は非常に速い。
【００９２】
当業者であれば、本発明の精神および技術的範囲内において、本発明に各種変更や修正を加えて、本発明を各種使用状況や条件に適合させることができる。これらの変更および修正は適切であり、公平であり、以下の請求項の等価物の完全な範囲からはずれるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の中空プリズムの等角投影図である。
【図２】本発明の中空プリズムの正面図および断面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、液体媒体中に設置されていない場合の偏角を有しない光ビームの出射、および、液体媒体中に浸漬されている場合の偏角を有する光ビームの出射を示す、本発明の中空プリズムの概念図である。図３（ｃ）は、中空プリズムのｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸方向の直鎖運動ならびにｚ軸を中心とする回転運動について、可能な自由度を示す。
【図４】３０°、４５°、および、６０°の特定の各プリズム角について、出射光ビームの偏角を液体の屈折率に対してプロットして得られたグラフである。
【図５】中空プリズムを、一体化されたコリメータレンズとともに示す正面図および断面図である。
【図６】本発明の中空プリズムを、一体化された光ファイバー式伝送器とともに示す正面図および断面図である。
【図７】中空プリズムを、一体化された光ファイバー式伝送器およびコリメータレンズとともに示す正面図および断面図である。
【図８】タンク内の固定位置に保持された中空プリズムを備えた、本発明の光ファイバー式液体レベル検出器の概略図である。
【図９】本発明の光ファイバー式液体レベル検出器を、コリメータレンズを備えていない中空プリズムとともに示す正面図および断面図である。
【図１０】本発明の光ファイバー式液体レベル検出器を、中空プリズムおよびコリメータレンズとともに示す正面図および断面図である。
【図１１】筐体内に収納された、本発明の光ファイバー式液体レベル検出器の、一体化した図である。
【図１２】本発明の６つの光ファイバー式液体レベル検出器のアレイを示している。
【図１３】コントローラに接続された、本発明の光ファイバー式液体レベル検出器のブロック図である。
【図１４】コントローラに接続された、本発明の６つの光ファイバー式液体レベル検出器のアレイのブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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